JP2644515B2 - Semiconductor device - Google Patents
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置、特にパワーMOSFET(メタル・
オキサイド・セミコンダクタ型電界効果トランジスタ)
単体またはパワーMOSFETを組み込んだMOSIC等の半導体
装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a power MOSFET (metal MOSFET).
Oxide semiconductor field effect transistor)
The present invention relates to a semiconductor device such as a MOSIC incorporating a single unit or a power MOSFET.
パワーMOSFETは、周波数特性が優れ、スイッチングス
ピードが速く、かつ低電力で駆動できる等多くの特長を
有することから、近年多くの産業分野で使用されてい
る。たとえば、日経マグロウヒル社発行「日経エレクト
ロニクス」1986年5月19日号、P165〜P188には、パワー
MOSFETの開発の焦点は、低耐圧品および高耐圧品に移行
している旨記載されている。また、この文献には、耐圧
100V以下のパワーMOSFETチップのオン抵抗は、10mΩレ
ベルまで低くなってきていることが記載されており、こ
の理由として、パワーMOSFETの製造にLSIの微細加工を
利用したり、セルの形状を工夫したりして、面積当たり
のチャネル幅が大きくとれるようになったことにある旨
述べられている。Power MOSFETs have been used in many industrial fields in recent years because they have many features such as excellent frequency characteristics, high switching speed, and low power consumption. For example, in the May 19, 1986 issue of Nikkei McGraw-Hill, Nikkei Electronics, p.
It is stated that the focus of MOSFET development is shifting to low voltage products and high voltage products. This document also states that
It is stated that the on-resistance of power MOSFET chips of 100 V or less has been reduced to the level of 10 mΩ.This is because the use of LSI microfabrication in the manufacture of power MOSFETs or the modification of the cell shape has been described. It has been described that the channel width per area can be increased.
また、この文献には「低耐圧MOSFETのオン抵抗はチャ
ネル部の抵抗でほぼ決まる。チャネル部の抵抗は、並列
接続するセルの数を増やせば小さくできる。このため、
微細加工が生きる。」とも記載されている。Also, this document states that the on-resistance of a low-breakdown-voltage MOSFET is substantially determined by the resistance of the channel. The resistance of the channel can be reduced by increasing the number of cells connected in parallel.
Fine processing survives. Is also described.
さらに、セルの密度を高くする方法に関しては、以下
のような記載がある。すなわち、「セルの密度を高くす
る有効な方法に溝型MOSFETがある。V溝型は以前からあ
る。溝側面がチャネルとなり、縦方向に電流が流れる。
さらに溝の先端部の電界を緩和するためV溝の先端を丸
くしたU溝を採用している。セル密度を上げてオン抵抗
を小さくするためである。Further, a method for increasing the cell density is described as follows. That is, "an effective method for increasing the cell density is a trench MOSFET. A V-groove has been used for a long time. The trench side surface becomes a channel, and a current flows in the vertical direction.
Further, a U-shaped groove having a rounded V-shaped tip is employed to reduce the electric field at the tip of the groove. This is to increase the cell density and reduce the on-resistance.
もっとセル密度を上げるにはSi基板と垂直に溝を掘れ
ばよい。U溝は垂直にはなっていなかった。こうして隣
接する垂直溝のピッチが17μmのMOSFETを開発した。耐
圧50VのMOSFETのオン抵抗は13mΩ、オン抵抗と面積の積
は187mΩ・mm2だった。溝のピッチを10μm以下にした
り、溝を深くすれば、オン抵抗はもっと下がる。」と記
載されている。To further increase the cell density, a groove may be dug perpendicular to the Si substrate. The U-groove was not vertical. Thus, a MOSFET in which the pitch between adjacent vertical grooves was 17 μm was developed. The on-resistance of the 50-V MOSFET was 13 mΩ, and the product of the on-resistance and the area was 187 mΩ · mm 2 . If the pitch of the groove is set to 10 μm or less or the groove is deepened, the on-resistance is further reduced. It is described.
一方、MOSメモリにおいては、より高集積度化を提供
した構造として深溝(トレンチ)を利用してキャパシタ
を形成したトレンチキャパシタが開発されている。たと
えば、トレンチキャパシタについては、株式会社プレス
ジャーナル発行「月刊セミコンダクター ワールド(Se
micon−ductor World)」1986年10月号、昭和61年9月
15日発行、P65〜P69に記載されている。この文献には、
ゲート酸化膜形成技術における問題として下記のことが
記載されている。すなわち、「トレンチキャパシタにお
けるゲート酸化膜形成技術は、必ず存在する凸型、ある
いは凹型コーナーにおけるリーク電流をいかに抑えるか
に要約される。コーナーにおけるリーク電流増大の原因
は大きく分けて2つある。1つはコーナーそのものによ
る電界集中であり、もう1つはコーナーに形成した酸化
膜が薄くなる現象に起因するものである。これに対し、
RIEによるトレンチ加工を行った直後の鋭利なコーナー
を丸めることにより対処できる。丸められたコーナーで
はそこに形成されるゲート酸化膜の薄膜化が抑制される
とともに、電界集中も緩和される。」なる旨記載されて
いる。On the other hand, in a MOS memory, a trench capacitor in which a capacitor is formed using a deep groove (trench) has been developed as a structure providing higher integration. For example, for trench capacitors, refer to “Monthly Semiconductor World (Se
micon-ductor World), October 1986, September 1986
Published on the 15th, P65-P69. In this document,
The following is described as a problem in the gate oxide film forming technique. In other words, "The technology for forming a gate oxide film in a trench capacitor is summarized as to how to suppress the leak current at the convex or concave corner which always exists. The causes of the increase in the leak current at the corner are roughly classified into two. One is the electric field concentration due to the corner itself, and the other is due to the phenomenon that the oxide film formed at the corner becomes thinner.
This can be dealt with by rounding sharp corners immediately after RIE trench processing. In the rounded corner, the gate oxide film formed there is suppressed from being thinned, and the electric field concentration is also reduced. Is described.
近年パワーMOSFETは、微細化技術の進歩に伴い、10m
Ωレベルまで低オン抵抗化が進んできた。この微細化技
術は、MOSFETの単位セルサイズを20μm程度まで縮小し
たことにより実現できたものである。各社共低オン抵抗
(RON)化の傾向は低耐圧60V〜100Vクラスで顕著である
が、微細化により、浅い接合での耐圧特性の確保および
平面構造(DSAタイプ)のホトレジスト上の制約からセ
ル縮小には限度がある。In recent years, power MOSFETs have been
The on-resistance has been reduced to the Ω level. This miniaturization technology has been realized by reducing the unit cell size of the MOSFET to about 20 μm. The tendency of low on-resistance (R ON ) is remarkable for all companies in the low breakdown voltage 60V-100V class. However, due to miniaturization, it is necessary to secure the breakdown voltage characteristics at shallow junctions and to restrict the planar structure (DSA type) photoresist. There is a limit to cell reduction.
第13図は従来のプレーナ型縦型MOSFETの断面構造であ
る。MOSFETのセル1は、第1導電型、たとえば、n+形の
シリコン(Si)からなる半導体基板2上に設けられたn-
形の低濃度層3の表層に縦横に規則正しく複数整列形成
される。FIG. 13 shows a cross-sectional structure of a conventional planar type vertical MOSFET. The cell 1 of the MOSFET is provided with n − provided on a semiconductor substrate 2 made of silicon (Si) of a first conductivity type, for example, n + type.
A plurality of low-concentration layers 3 are regularly and vertically formed on the surface of the low-concentration layer 3.
前記低濃度層3の表層部分には略矩形状となるp形の
ウェル領域4が設けられる。このウェル領域4は半導体
基板2の主面に縦横に一定間隔(c)隔てて複数形成さ
れる。したがって、前記半導体基板2の主面には、cな
る幅を有しかつ格子状に前記低濃度層3が露出するよう
になり、ドレイン表層部5を形成する。A p-type well region 4 having a substantially rectangular shape is provided in a surface portion of the low concentration layer 3. The plurality of well regions 4 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 2 at predetermined intervals (c) vertically and horizontally. Therefore, on the main surface of the semiconductor substrate 2, the low-concentration layer 3 having a width of c and being exposed in a lattice pattern is formed, and the drain surface layer portion 5 is formed.
また、前記ウェル領域4の表面領域には、ウェル領域
4の周囲に沿ってリング状にn+形のソース領域6が設け
られている。また、前記ウェル領域4の外周部上、すな
わち、ドレイン表層部5に沿う格子部分には、ゲート酸
化膜7およびこのゲート酸化膜7上に設けられたゲート
電極8ならびにゲート電極8およびゲート酸化膜7を被
う絶縁膜9が設けられている。また、半導体基板2の主
面にはソース電極10が設けられ、裏面には図示はしない
ドレイン電極が設けられている。前記ソース電極10は前
記ソース領域6およびドレイン表層部5に電気的に接触
する構造となっている。In the surface region of the well region 4, an n + -type source region 6 is provided in a ring shape along the periphery of the well region 4. Further, on the outer peripheral portion of the well region 4, that is, on the lattice portion along the drain surface layer portion 5, the gate oxide film 7, the gate electrode 8 provided on the gate oxide film 7, and the gate electrode 8 and the gate oxide film. 7 is provided. A source electrode 10 is provided on the main surface of the semiconductor substrate 2, and a drain electrode (not shown) is provided on the back surface. The source electrode 10 is configured to be in electrical contact with the source region 6 and the drain surface layer 5.
このようなMOSFETのセルにおいて、セルサイズの寸法
を制約する部分は大きく分けてa〜dとなる。aはゲー
ト・ソース間の絶縁距離、bはチャネル長、cはベース
接合間のドレイン領域長、dはソースコンタクト長であ
る。これらのうち、aとdは微細化に伴い短縮方向にあ
るが、b,cは素子特性(耐圧,オン抵抗等)から最適長
があり制約をうける。In such a MOSFET cell, portions that restrict the cell size are roughly classified into a to d. a is the insulation distance between the gate and the source, b is the channel length, c is the length of the drain region between the base junctions, and d is the source contact length. Of these, a and d are in the direction of shortening with miniaturization, while b and c have optimum lengths due to element characteristics (breakdown voltage, on-resistance, etc.) and are restricted.
そこで、本発明者は、溝幅が最も狭いトレンチを利用
してパワーMOSFETセルを形成すれば、一層セルサイズの
小型化が図れることに気が付いた。Therefore, the present inventor has noticed that the cell size can be further reduced by forming a power MOSFET cell using a trench having the narrowest groove width.
しかし、従来技術によるトレンチを利用してそのまま
パワーMOSFETセルを形成した場合、つぎのような問題が
生じる。However, when the power MOSFET cell is formed as it is using the trench according to the related art, the following problem occurs.
すなわち、第14図に示されるように、半導体基板2に
設けたトレンチ11の内壁にゲート酸化膜(絶縁膜)7を
設け、その後ゲート酸化膜7に重ねるようにしかつトレ
ンチ11を埋めるようにゲート電極8を設けた場合、前述
のように、従来技術によるトレンチ11にあっては、トレ
ンチ11の底の隅(コーナーE1)では、絶縁膜形成時膜の
成長状態が悪く、E1の部分に設けられた膜質は悪くかつ
膜厚も薄くなるという問題が生じる。この結果、絶縁膜
の耐圧が低下し、ゲート電極8と半導体基板2で構成さ
れるドレインとの間でブレイクダウンが発生してしま
う。That is, as shown in FIG. 14, a gate oxide film (insulating film) 7 is provided on the inner wall of the trench 11 provided in the semiconductor substrate 2, and then the gate oxide film 7 is overlapped with the gate oxide film 7 and filled in the trench 11. When the electrode 8 is provided, as described above, in the trench 11 according to the conventional technique, the growth state of the film at the time of forming the insulating film is poor at the bottom corner (corner E 1 ) of the trench 11, and the portion of E 1 However, there is a problem that the quality of the film provided is low and the film thickness becomes thin. As a result, the breakdown voltage of the insulating film is reduced, and a breakdown occurs between the gate electrode 8 and the drain formed by the semiconductor substrate 2.
また、ドレイン−ゲート間に電圧を印加すると、トレ
ンチ底隅部の基板部分E2に電界が集中して耐圧特性の低
下が生じ、全体として破壊耐量の低下が起きるといった
従来のVMOS構造 と同一の問題が生じる。The drain - When a voltage is applied between the gate, decrease in breakdown voltage characteristic is generated in the substrate portion E 2 of the trench Sokosumi unit electric field is concentrated, conventional such decrease in breakdown strength as a whole occurs VMOS structure identical to the Problems arise.
本発明の目的は破壊耐量の大きいパワーMOSFETを提供
することにある。An object of the present invention is to provide a power MOSFET having a high breakdown strength.
本発明の他の目的は、MOSFETのセル寸法を微細化でき
る構造の半導体装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of miniaturizing the cell size of a MOSFET.
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになる
であろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要に説明すれば、下記のとおりである。The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、本発明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、
主面に低濃度層を有する半導体基板の上面にチャネルを
形成するためのチャネル形成層が設けられているととも
に、このチャネル形成層の表層部にソース領域が設けら
れている。また、このソース領域の中央には、前記ドレ
イン領域に達するトレンチが設けられ、かつこのトレン
チの内壁にはゲート酸化膜が設けられている。また、前
記トレンチとトレンチの間の半導体基板と低濃度層との
界面部分には、半導体基板の不純物濃度に近似した高濃
度のリーチスルー層が設けられている。そして、前記低
濃度層の不純物濃度および厚さは、適当に選択され、前
記トレンチ底コーナーでのブレイクダウンよりも低い電
圧で前記リーチスルー層部分でブレイクダウンを起こす
ようになっている。また、ゲート酸化膜にあっては、前
記トレンチ底の膜厚がトレンチ側壁等他の部分よりも厚
くなっている。また、このゲート酸化膜上には、トレン
チを埋めるようにゲート電極が設けられている。さら
に、前記ゲート電極表面は絶縁膜で被われるとともに、
この絶縁膜上にはソース領域とチャネル形成層に接触す
るソース電極が設けられている。That is, the trench-type vertical power MOSFET of the present invention,
A channel forming layer for forming a channel is provided on an upper surface of a semiconductor substrate having a low concentration layer on a main surface, and a source region is provided on a surface portion of the channel forming layer. A trench reaching the drain region is provided at the center of the source region, and a gate oxide film is provided on an inner wall of the trench. In addition, a high-concentration reach-through layer that is close to the impurity concentration of the semiconductor substrate is provided at an interface between the trench and the semiconductor substrate and the low-concentration layer. The impurity concentration and thickness of the low-concentration layer are appropriately selected such that breakdown occurs in the reach-through layer portion at a voltage lower than that at the bottom corner of the trench. In the gate oxide film, the thickness of the bottom of the trench is thicker than other portions such as the side wall of the trench. A gate electrode is provided on the gate oxide film so as to fill the trench. Further, the gate electrode surface is covered with an insulating film,
A source electrode in contact with the source region and the channel formation layer is provided on the insulating film.
上記した手段によれば、本発明のトレンチ型縦型パワ
ーMOSFETは、チャネル形成層の一部表面に設けられたソ
ース領域の中央に前記ドレインに達するトレンチが設け
られ、かつこのトレンチにはゲート酸化膜を介在させて
ゲート電極が設けられた構造となっていることから、セ
ルを高密度化することができ、オン抵抗を小さくできる
とともに、チップサイズの小型化あるいは高集積度化が
達成できる。また、本発明のトレンチ型縦型パワーMOSF
ETにあっては、リーチスルー層が設けられていることか
ら、ブレイクダウンは、このリーチスルー層で行われる
ため、トレンチ底コーナーで発生するブレイクダウンに
比較して安定するため、ブレイクダウン電圧を保障する
ことができる。また、本発明のトレンチ型縦型パワーMO
SFETは、トレンチ内壁に設けられたゲート酸化膜の厚さ
がトレンチ側壁の厚さに比較して4乃至6倍以上と厚く
なっていることから、ゲート酸化膜の膜質が必ずしも良
好でなくとも、絶縁耐圧が向上する。また、ゲート酸化
膜の部分的な厚膜化によってトレンチ底コーナー部分の
電界集中が緩和され絶縁耐圧が向上する。According to the above means, the trench type vertical power MOSFET of the present invention is provided with a trench reaching the drain at the center of a source region provided on a partial surface of a channel forming layer, and the trench has a gate oxide. Since the structure is such that the gate electrode is provided with the film interposed, the cell density can be increased, the on-resistance can be reduced, and the chip size can be reduced or the degree of integration can be increased. Further, the trench type vertical power MOSF of the present invention
In the case of ET, since the reach-through layer is provided, the breakdown is performed by this reach-through layer, so that the breakdown voltage is stable compared to the breakdown occurring at the bottom corner of the trench. Can be guaranteed. Further, the trench type vertical power MO of the present invention
In the SFET, since the thickness of the gate oxide film provided on the inner wall of the trench is 4 to 6 times or more the thickness of the side wall of the trench, even if the film quality of the gate oxide film is not necessarily good, The dielectric strength is improved. In addition, the partial thickening of the gate oxide film alleviates the electric field concentration at the corner of the bottom of the trench and improves the withstand voltage.
以下図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例による縦型パワーMOSFETの
一部を示す斜視図、第2図は同じく縦型パワーMOSFETの
製造工程を示すフローチャート、第3図〜第12図は同じ
く縦型パワーMOSFETの各製造段階を示す図であって、第
3図はソース領域が形成されたウエハの断面図、第4図
はトレンチが設けられたウエハの断面図、第5図は二層
に絶縁膜が設けられたウエハの断面図、第6図は上層の
絶縁膜が異方向エッチングされた状態を示すウエハの断
面図、第7図はLOCOS法によってトレンチ底の絶縁膜の
厚膜化を図った状態を示すウエハの断面図、第8図はト
レンチの側壁の絶縁膜を除去した状態を示すウエハの断
面図、第9図はゲート酸化膜を形成した状態を示すウエ
ハの断面図、第10図はポリシリコン膜を形成した状態を
示すウエハの断面図、第11図はゲート電極を形成した状
態のウエハの断面図、第12図はソース電極を形成した状
態のウエハの断面図である。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a vertical power MOSFET according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET, and FIGS. FIGS. 3A and 3B are views showing respective stages of manufacturing a power MOSFET, FIG. 3 is a sectional view of a wafer in which a source region is formed, FIG. 4 is a sectional view of a wafer in which a trench is provided, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a wafer provided with a film, FIG. 6 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which an upper insulating film is etched in a different direction, and FIG. FIG. 8 is a sectional view of the wafer showing a state where an insulating film on the side wall of the trench is removed, FIG. 9 is a sectional view of the wafer showing a state where a gate oxide film is formed, FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of a wafer showing a state where a polysilicon film is formed, and FIG. Sectional view of a wafer in a state of forming the over gate electrode, FIG. 12 is a sectional view of a wafer in a state of forming the source electrode.
この実施例のトレンチ型縦型パワーMOSFETにおけるそ
の要部、すなわち、セル部分は、第1図に示されるよう
な構造となっている。同図において、一点鎖線間Wが断
面的な単一のセル1部分(セル長さ)であり、一点鎖線
枠で囲まれる領域が平面的に見た単一のセル1部分であ
る。このようなセル1は、単一の縦型パワーMOSFETにあ
って、縦横に規則正しく多数配設されている。The main part of the trench type vertical power MOSFET of this embodiment, that is, the cell part has a structure as shown in FIG. In the drawing, a portion between the dashed lines W is a single cell 1 portion (cell length) in cross section, and a region surrounded by a dashed line frame is a single cell 1 portion viewed in plan. Such cells 1 are provided in a single vertical power MOSFET, and are arranged regularly in a large number of rows and columns.
セル1は、第1導電型の半導体基板2の主面(上面)
に設けられる。この半導体基板2の主面には第1導電型
の低濃度層3が設けられている。前記半導体基板2は、
不純物濃度が1021cm-3程度となる厚さ100μm前後のn+
形(第1導電形)のシリコンによって形成されている。
また、前記低濃度層3は不純物濃度が1015cm-3程度とな
る厚さ5μm〜10μmのn-形のエピタキシャル層によっ
て形成されている。また、この半導体基板2の上には不
純物濃度が1017cm-3程度となる厚さ3μmのp形のチャ
ネル形成層20が設けられている。また、この半導体基板
2の主面、すなわち、チャネル形成層20の表層部には不
純物濃度が1020cm-3程度となるn+形のソース領域6が設
けられている。このソース領域6は半導体基板2の主面
に格子状に設けられる。また、このソース領域6はその
幅が7μm程度となるとともに、ソース領域のピッチは
10μm程度となっている。また、前記ソース領域6は0.
5μmの深さとなっている。The cell 1 has a main surface (upper surface) of a semiconductor substrate 2 of the first conductivity type.
Is provided. A first conductivity type low concentration layer 3 is provided on a main surface of the semiconductor substrate 2. The semiconductor substrate 2
Of thickness about 100μm impurity concentration is about 10 21 cm -3 n +
The first conductive type is formed of silicon.
Further, the low concentration layer 3 is n thick 5μm~10μm the impurity concentration is about 10 15 cm -3 - is formed by the shape of the epitaxial layer. Further, a p-type channel forming layer 20 having a thickness of 3 μm having an impurity concentration of about 10 17 cm −3 is provided on the semiconductor substrate 2. An n + -type source region 6 having an impurity concentration of about 10 20 cm −3 is provided on the main surface of the semiconductor substrate 2, that is, on the surface layer of the channel forming layer 20. The source region 6 is provided on the main surface of the semiconductor substrate 2 in a lattice shape. The width of the source region 6 is about 7 μm, and the pitch of the source region is
It is about 10 μm. Further, the source region 6 has a capacity of 0.
The depth is 5 μm.
4、前記ソース領域6の中央に沿ってトレンチ(深溝)
11が設けられている。このトレンチ11は、その幅が1μ
mとなるとともに、深さは前記チャネル形成層20を貫い
て半導体基板2の表層の低濃度層3に達するように、た
とえば、5μmとなっている。また、このトレンチ11に
は、トレンチ11の内壁を被うようにゲート酸化膜7が設
けられている。このゲート酸化膜7は、その厚さがトレ
ンチ11の側壁部分で500Åとなり、トレンチ11の底部で2
000Å〜3000Åとなっている。また、トレンチ11内には
ゲート酸化膜7に重なりかつトレンチ11を埋めるように
ポリシリコンからなるゲート電極8が設けられている。4. Trench (deep groove) along the center of the source region 6
11 are provided. This trench 11 has a width of 1 μm.
m, and the depth is, for example, 5 μm so as to reach the low concentration layer 3 on the surface of the semiconductor substrate 2 through the channel forming layer 20. The trench 11 is provided with a gate oxide film 7 so as to cover the inner wall of the trench 11. The gate oxide film 7 has a thickness of 500 ° at the side wall of the trench 11 and has a thickness of 22 at the bottom of the trench 11.
It is between 000Å and 3000Å. A gate electrode 8 made of polysilicon is provided in the trench 11 so as to overlap the gate oxide film 7 and fill the trench 11.
他方、隣り合うトレンチ11間の半導体基板2と低濃度
層3との間には、不純物濃度が1020×1021cm-3と高濃度
となるn+形のリーチスルー層18が設けられている。ま
た、前記トレンチ11のには一定幅を有して絶縁膜21が設
けられている。この絶縁膜21は、たとえば、厚さ6000Å
のPSG(リンシリケートガラス)によって形成され、前
記ゲート電極8を被うとともに、トレンチ11の縁からわ
ずかに張り出してソース領域6の一部をも被うようにな
っている。また、前記絶縁膜21およびソース領域6なら
びに露出するチャネル形成層20の表面には、厚さが3μ
m〜3.5μm程度となるアルミニウム(Al)からなるソ
ース電極10が設けられている。さらに、前記半導体基板
2の裏面(下面)には、厚さ数μmのドレイン電極22が
設けられている。On the other hand, between the semiconductor substrate 2 and the low-concentration layer 3 between adjacent trenches 11, an n + -type reach-through layer 18 having an impurity concentration as high as 10 20 × 10 21 cm -3 is provided. I have. The trench 11 is provided with an insulating film 21 having a constant width. This insulating film 21 has a thickness of, for example, 6000 mm.
And covers the gate electrode 8 and slightly overhangs the edge of the trench 11 to cover a part of the source region 6. The insulating film 21 and the source region 6 and the exposed surface of the channel forming layer 20 have a thickness of 3 μm.
A source electrode 10 made of aluminum (Al) having a thickness of about m to 3.5 μm is provided. Further, on the back surface (lower surface) of the semiconductor substrate 2, a drain electrode 22 having a thickness of several μm is provided.
このようなトレンチ型縦型パワーMOSFETにあっては、
トレンチ11の側壁にゲート酸化膜7を設け、かつトレン
チ11内にゲート電極8を埋め込む構造となっていること
から、セルサイズ(W)を10μmとすることができる。
この結果、低耐圧パワーMOSFETのオン抵抗を2〜3mΩと
小さくできる。また、セルサイズの縮小によって、パワ
ーMOSFETチップの小型化あるいは高集積度化(セル数増
大)が達成できる。In such a trench type vertical power MOSFET,
Since the gate oxide film 7 is provided on the side wall of the trench 11 and the gate electrode 8 is buried in the trench 11, the cell size (W) can be reduced to 10 μm.
As a result, the on-resistance of the low breakdown voltage power MOSFET can be reduced to 2-3 mΩ. In addition, by reducing the cell size, the power MOSFET chip can be downsized or highly integrated (the number of cells can be increased).
また、このトレンチ型縦型パワーMOSFETは、ゲート電
極8を狭く深いトレンチ11内に設けているが、トレンチ
11の内壁面に設けられたゲート酸化膜7は、FET動作に
直接関与するゲート酸化膜以外のトレンチ11の底の部分
(この部分を説明の便宜上、以下、厚膜絶縁膜19とも称
する。)は、FET動作に直接関与するゲート酸化膜7の5
00Åに比較して、4倍乃至6倍となる2000Å〜3000Åと
厚くなっているため、ゲート酸化膜の耐圧が向上する。
一般に、真性酸化膜耐圧は8MV/cm〜10MV/cmであるが、
トレンチ底部では膜質の低下により、耐圧が半分以下に
なることが予想されるので、膜厚を単純に2倍にすれ
ば、真性酸化膜耐圧に近づけることができる。この例で
は、ゲート酸化膜7のトレンチ11の底での厚さは、トレ
ンチ11の側壁の厚さの4倍から6倍と厚くなっているこ
とから、真性酸化膜耐圧は充分となる。In this trench type vertical power MOSFET, the gate electrode 8 is provided in a narrow and deep trench 11;
The gate oxide film 7 provided on the inner wall surface of the trench 11 is a bottom portion of the trench 11 other than the gate oxide film directly involved in the FET operation (for convenience of description, this portion is also referred to as a thick insulating film 19 hereinafter). Is the gate oxide film 7 directly involved in the FET operation.
Since the thickness is 2000 to 3000 degrees, which is 4 to 6 times that of 00 degrees, the withstand voltage of the gate oxide film is improved.
Generally, the intrinsic oxide withstand voltage is 8 MV / cm to 10 MV / cm,
At the bottom of the trench, the breakdown voltage is expected to be reduced to half or less due to the deterioration of the film quality. Therefore, simply doubling the film thickness can approach the intrinsic oxide film breakdown voltage. In this example, the thickness of the gate oxide film 7 at the bottom of the trench 11 is 4 to 6 times the thickness of the side wall of the trench 11, so that the intrinsic oxide film withstand voltage is sufficient.
また、この構造によれば、トレンチ底のゲート酸化膜
の厚膜化によってゲート・ドレイン間の電界も緩和され
る結果、ドレイン耐圧が向上する。さらに、この例で
は、ゲート耐圧およびドレイン耐圧の増大により、破壊
耐量も向上する。Further, according to this structure, the electric field between the gate and the drain is reduced by increasing the thickness of the gate oxide film at the bottom of the trench, so that the drain withstand voltage is improved. Further, in this example, the breakdown voltage is improved by increasing the gate breakdown voltage and the drain breakdown voltage.
一方、このトレンチ型縦型パワーMOSFETにあっては、
半導体基板2と低濃度層2b間にリーチスルー層18が設け
られている。このリーチスルー層18はその不純物濃度が
1020×1021cm-3と半導体基板2に近似している。このた
め、pn接合17下のn-形の低濃度層3の厚さが薄くなる。
したがって、トレンチ11の底コーナーに高電界が作用し
てブレイクダウンが発生する前に、半導体基板2の低濃
度層3における空乏層がリーチスルー層18に到達し、こ
のリーチスルー層18部分でブレイクダウンが起きる。こ
のリーチスルーは、前記低濃度層3の濃度と厚さが耐圧
特性のパラメータとなっていることから、適宜その数値
を選択すれば、トレンチ11の底コーナーでブレイクダウ
ンする前に所望の電圧でブレイクダウンするように設定
できることになる。On the other hand, in this trench type vertical power MOSFET,
A reach through layer 18 is provided between the semiconductor substrate 2 and the low concentration layer 2b. The reach-through layer 18 has an impurity concentration
10 20 × 10 21 cm -3 , which is close to that of the semiconductor substrate 2. For this reason, the thickness of the n − -type low-concentration layer 3 below the pn junction 17 is reduced.
Therefore, before a high electric field acts on the bottom corner of the trench 11 to cause a breakdown, the depletion layer in the low concentration layer 3 of the semiconductor substrate 2 reaches the reach-through layer 18 and breaks at the reach-through layer 18. Down happens. In this reach-through, since the concentration and thickness of the low-concentration layer 3 are parameters of the withstand voltage characteristic, if the numerical values are appropriately selected, a desired voltage can be obtained before breakdown at the bottom corner of the trench 11. It can be set to break down.
つぎに、このようなトレンチ型の縦型パワーMOSFETの
製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing such a trench-type vertical power MOSFET will be described.
トレンチ型縦型パワーMOSFETのセル部分は、第2図の
フローチャートに示されるように、デポジション,エピ
タキシャル成長,ソース領域形成,トレンチ形成,トレ
ンチ底絶縁膜厚膜化,ゲート酸化膜形成,ゲート電極形
成,ドレイン電極形成の各工程を経て製造される。As shown in the flowchart of FIG. 2, the cell portion of the trench-type vertical power MOSFET is formed by deposition, epitaxial growth, formation of a source region, formation of a trench, formation of a trench bottom insulating film, formation of a gate oxide film, and formation of a gate electrode. And a drain electrode formation process.
トレンチ型縦型パワーMOSFETの製造にあっては、第3
図に示されるように、n+形のシリコンからなる半導体基
板2が用意される。この半導体基板2は厚さが400μm
程度となるとともに、その不純物濃度は1021cm-3となっ
ている。その後、前記リーチスルー層18を形成する領域
に不純物がデポジションされる。ついで、エピタキシャ
ル成長処理され、不純物濃度は1015cm-3程度となるn-形
の低濃度層3が設けられる。この低濃度層3はその厚さ
が5μm〜10μm程度となっている。また、このエピタ
キシャル成長によって前記低濃度層3上には3μmの厚
さのチャネル形成層20が設けられる。また、前記エピタ
キシャル成長時、デポジットされた不純物が拡散し、n+
形の埋め込み層、すなわちリーチスルー層18が形成され
る。このリーチスルー層18は不純物濃度が1020〜1021cm
-3と半導体基板2に近似する。また、このリーチスルー
層18の上の低濃度層3は数μmの厚さとなり、後述する
トレンチ11の底コーナー部分でブレイクダウンする前に
このリーチスルー層18部分でブレイクダウンするように
なっている。In the manufacture of trench type vertical power MOSFET,
As shown in the figure, a semiconductor substrate 2 made of n + -type silicon is prepared. This semiconductor substrate 2 has a thickness of 400 μm.
And the impurity concentration is 10 21 cm −3 . Thereafter, an impurity is deposited in a region where the reach-through layer 18 is formed. Then, the epitaxial growth process, the impurity concentration of 10 15 cm is about -3 n - the shape of the low concentration layer 3 is provided. This low concentration layer 3 has a thickness of about 5 μm to 10 μm. A channel forming layer 20 having a thickness of 3 μm is provided on the low concentration layer 3 by the epitaxial growth. In addition, during the epitaxial growth, the deposited impurities diffuse, and n +
A shaped buried layer, ie, a reach-through layer 18, is formed. The reach-through layer 18 has an impurity concentration of 10 20 to 10 21 cm.
−3, which is similar to the semiconductor substrate 2. The low-concentration layer 3 on the reach-through layer 18 has a thickness of several μm, and breaks down at the reach-through layer 18 before breaking down at the bottom corner of the trench 11 described later. I have.
一方、このチャネル形成層20の表層部には格子状にn+
形のソース領域6が設けられている。このソール領域6
はその幅が7μmとなるとともに、深さは0.5μmとな
っている。また、このソース領域6はその不純物濃度が
1020cm-3となっている。また、格子状に設けられたソー
ス領域6のピッチ(W)は10μmとなっている。そし
て、このピッチWが単一のセル1の長さとなる。On the other hand, n +
A shaped source region 6 is provided. This sole area 6
Has a width of 7 μm and a depth of 0.5 μm. The source region 6 has an impurity concentration of
It is 10 20 cm -3 . The pitch (W) of the source regions 6 provided in a lattice is 10 μm. And this pitch W becomes the length of the single cell 1.
つぎに、第4図に示されるように、ウエハ23の主面に
は絶縁膜24が設けられるとともに、常用のホトリソグラ
フィによって、前記ソース領域6の中央に沿ってトレン
チ(深溝)11が形成される。このトレンチ11は、ソース
領域6の中央に沿って設けられることから、ウエハ23の
主面に格子状に設けられることになる。そして、このト
レンチ11で取り囲まれた領域、厳密にはトレンチ11の中
心に亘るWなる幅領域が単一のセル1となる。前記トレ
ンチ11はその溝幅が1μm,深さが5μmとなり、ソース
領域6の下層のチャネル形成層20を貫ら抜いて低濃度層
3に達する。なお、このトレンチ11の形成時、エッチン
グ条件を選択して、トレンチ11の底のコーナー部分が丸
みを帯びるようにし、後に重ねて形成する絶縁膜がコー
ナー部分で薄くなったり、あるいは膜質が悪くなるのを
できるだけ防ぐようにする。Next, as shown in FIG. 4, an insulating film 24 is provided on the main surface of the wafer 23, and a trench (deep groove) 11 is formed along the center of the source region 6 by ordinary photolithography. You. Since the trenches 11 are provided along the center of the source region 6, they are provided on the main surface of the wafer 23 in a lattice pattern. A region surrounded by the trench 11, more precisely, a width region of W extending over the center of the trench 11 becomes a single cell 1. The trench 11 has a groove width of 1 μm and a depth of 5 μm, and penetrates the channel formation layer 20 below the source region 6 to reach the low concentration layer 3. During the formation of the trench 11, etching conditions are selected so that the corner at the bottom of the trench 11 is rounded, and the insulating film formed later is thinned at the corner or the film quality is deteriorated. As much as possible.
つぎに、前記絶縁膜24は除去される。その後、第5図
に示されるように、ウエハ23の主面には400Åの厚さのS
iO2膜25およびこのSiO2膜25上に重ねられる1200ÅのSi3
N4膜26が設けられる。その後、異方性エッチング(プラ
ズマエッチング)によって、ウエハ23の主面に沿うSi3N
4膜26部分がエッチングされる。この結果、第6図に示
されるように、ウエハ23の主面およびトレンチ11の底面
のSi3N4膜26が除去され、トレンチ11の略垂直に延在す
る側壁面にのみSi3N4膜26が残留する。Next, the insulating film 24 is removed. Thereafter, as shown in FIG. 5, the main surface of the wafer 23 has a 400 mm thick S
iO 2 film 25 and 1200 ° Si 3 superimposed on this SiO 2 film 25
N 4 film 26 is provided. After that, by anisotropic etching (plasma etching), the Si 3 N
Four film 26 is etched. As a result, as shown in FIG. 6, Si 3 N 4 film 26 on the bottom major surface and the trench 11 of the wafer 23 is removed, only the Si 3 N 4 on the side wall surface substantially extending perpendicularly of the trench 11 The film 26 remains.
つぎに、この状態で酸化処理(LOCOS法)が施され
る。すなわち、ウエハ23は酸化処理される結果、第7図
に示されるように、ウエハ23の主面およびトレンチ11の
底面には2000Å〜3000Åに及ぶSiO2膜が形成される。こ
の厚いSiO2膜部分(厚膜絶縁膜19)は、LOCOS処理のた
め、その両端部分、すなわち、トレンチ11の底コーナー
部分がバードビーク構造となり、トレンチ11の側面から
トレンチ11の底に亘る部分では、Si3N4膜26の厚さが徐
々に厚くなる。Next, an oxidation treatment (LOCOS method) is performed in this state. That is, as a result of the oxidation treatment of the wafer 23, as shown in FIG. 7, an SiO 2 film of 2000 to 3000 ° is formed on the main surface of the wafer 23 and the bottom of the trench 11. Due to the LOCOS process, this thick SiO 2 film portion (thick film insulating film 19) has a bird's beak structure at both ends, that is, a bottom corner portion of the trench 11, and a portion extending from the side surface of the trench 11 to the bottom of the trench 11 is formed. The thickness of the Si 3 N 4 film 26 gradually increases.
なお、トレンチの側面から底に亘って絶縁膜が徐々に
厚くなるこの構造は、トレンチ11の側面のSi3N4膜26お
よびSiO2膜25を除去しかつ再びゲート酸化膜を形成した
場合も残留した厚膜絶縁膜19との兼ね合いから生じ、こ
れが、トレンチ11の底コーナーでの耐圧の向上に繋がる
ことになる。Note that this structure in which the insulating film gradually becomes thicker from the side surface to the bottom of the trench can be used even when the Si 3 N 4 film 26 and the SiO 2 film 25 on the side surface of the trench 11 are removed and a gate oxide film is formed again. This occurs due to the balance with the remaining thick insulating film 19, which leads to an improvement in the breakdown voltage at the bottom corner of the trench 11.
つぎに、第8図に示されるように、前記Si3N4膜26お
よびトレンチ11の側面のSiO2膜25をエッチング除去す
る。前記Si3N4膜26は熱リン酸系エッチャントを,厚膜
絶縁膜19はふっ酸系エッチャントを用いてエッチングす
る。この一連のエッチングによって、トレンチ11の底の
厚膜絶縁膜19およびウエハ23の主面のSiO2膜25が残留す
る。Next, as shown in FIG. 8, the Si 3 N 4 film 26 and the SiO 2 film 25 on the side surfaces of the trench 11 are removed by etching. The Si 3 N 4 film 26 is etched using a hot phosphoric acid etchant, and the thick insulating film 19 is etched using a hydrofluoric acid etchant. Through this series of etching, the thick film insulating film 19 at the bottom of the trench 11 and the SiO 2 film 25 on the main surface of the wafer 23 remain.
つぎに、第9図に示されるように、再びウエハ23の主
面全域に厚さ500ÅのSiO2膜からなる絶縁膜を形成す
る。この絶縁膜はトレンチ11の側面の部分がゲート酸化
膜7として使用される。トレンチ11の底の厚膜絶縁膜19
は2000Å〜3000Åとなり、トレンチ11の側面のゲート酸
化膜7部分に比較して4〜6倍の厚さとなる。また、ト
レンチ11の側面からトレンチ11の底に至るコーナー部分
でのゲート酸化膜7は、底に向かうにつれて徐々に厚く
なるいわゆるバードビーク構造となっている。Next, as shown in FIG. 9, an insulating film made of a SiO 2 film having a thickness of 500 ° is formed again on the entire main surface of the wafer 23. This insulating film is used as a gate oxide film 7 on the side surface of the trench 11. Thick insulating film 19 at the bottom of trench 11
Is 2000 to 3000, which is 4 to 6 times the thickness of the gate oxide film 7 on the side surface of the trench 11. In addition, the gate oxide film 7 at a corner portion from the side surface of the trench 11 to the bottom of the trench 11 has a so-called bird beak structure in which the thickness gradually increases toward the bottom.
つぎに、第10図に示されるように、ウエハ23の主面全
域にポリシリコン(Poly Si)膜が蒸着形成される。こ
の際、同時にボロン(B+)がドープされる。この結果、
このポリシリコン膜27はその電気抵抗が低くなる。ま
た、前記ポリシリコン膜27は1μm弱の幅を有するトレ
ンチ11を埋め込むに充分な量形成される。Next, as shown in FIG. 10, a polysilicon (Poly Si) film is formed on the entire main surface of the wafer 23 by vapor deposition. At this time, boron (B + ) is simultaneously doped. As a result,
This polysilicon film 27 has a low electric resistance. The polysilicon film 27 is formed in an amount sufficient to fill the trench 11 having a width of less than 1 μm.
つぎに、第11図に示されるように、前記ソース領域6
の上面よりも上方に存在するSiO2膜25およびポリシリコ
ン膜27はエッチング除去される。この結果、トレンチ11
内にはポリシリコン膜27によってゲート電極8が形成さ
れることになる。その後、第12図に示されるように、前
記トレンチ11上に厚さ6000ÅのPSG(リンシリケートガ
ラス)膜からなる絶縁膜21が、CVD技術および常用のホ
トリソグラフィによって形成される。この絶縁膜21はそ
の両側がトレンチ11の縁よりも張り出して、ソース領域
6のトレンチ11側縁上に延在している。Next, as shown in FIG.
The SiO 2 film 25 and the polysilicon film 27 existing above the upper surface of the substrate are etched away. As a result, trench 11
The gate electrode 8 is formed by the polysilicon film 27 therein. Thereafter, as shown in FIG. 12, an insulating film 21 made of a PSG (phosphor silicate glass) film having a thickness of 6000 ° is formed on the trench 11 by a CVD technique and ordinary photolithography. The insulating film 21 has both sides projecting beyond the edge of the trench 11 and extending over the edge of the source region 6 on the trench 11 side.
つぎに、第12図に示されるように、前記ウエハ23の主
面には、3μm〜3.5μmの厚さにアルミニウム(Al)
が蒸着され、Alからなるソース電極10が形成される。そ
の後、ウエハ23の裏面(下面)はエッチングされる。こ
のエッチングによって、半導体基板2は100μm程度の
厚さとなる。Next, as shown in FIG. 12, the main surface of the wafer 23 is made of aluminum (Al) to a thickness of 3 μm to 3.5 μm.
Is deposited to form a source electrode 10 made of Al. Thereafter, the back surface (lower surface) of the wafer 23 is etched. By this etching, the semiconductor substrate 2 has a thickness of about 100 μm.
つぎに、前記ウエハ23の裏面には、ドレイン電極が形
成される。これによってトレンチ型縦型パワーMOSFETの
セル1の製造が終了する。Next, on the back surface of the wafer 23, a drain electrode is formed. Thereby, the manufacture of the cell 1 of the trench type vertical power MOSFET is completed.
このようなトレンチ型縦型パワーMOSFETにあっては、
つぎのような効果を奏することになる。In such a trench type vertical power MOSFET,
The following effects are obtained.
(1)本発明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、トレン
チの側面にゲート酸化膜を設けトレンチ内にゲート電極
を設けた構造となっていて、トレンチの側面をチャネル
として利用する構造となっているとともに、トレンチ間
の半導体基板と低濃度層との間にリーチスルー層が設け
られているため、トレンチの底コーナー部分にブレイク
ダウンを生じる程の大きな電界が加わる前に、このリー
チスルー層部分でブレイクダウンが生じるため、ブレイ
クダウン電圧が保障できるという効果が得られる。(1) The trench-type vertical power MOSFET of the present invention has a structure in which a gate oxide film is provided on a side surface of a trench and a gate electrode is provided in the trench, and the side surface of the trench is used as a channel. At the same time, since the reach-through layer is provided between the semiconductor substrate between the trenches and the low concentration layer, before the electric field large enough to cause a breakdown at the bottom corner portion of the trench, the reach-through layer portion is formed. Since the breakdown occurs, the effect that the breakdown voltage can be guaranteed is obtained.
(2)本発明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、トレン
チの側面にゲート酸化膜を設けトレンチ内にゲート電極
を設けた構造となっていて、トレンチの側面をチャネル
として利用する構造となっていること、トレンチはその
幅が1μmと極めて狭いことによって、セルサイズを10
μmと小さくすることができるという効果が得られる。(2) The trench type vertical power MOSFET of the present invention has a structure in which a gate oxide film is provided on a side surface of a trench and a gate electrode is provided in the trench, and the side surface of the trench is used as a channel. In addition, the trench has an extremely narrow width of 1 μm, so that the cell size is 10 μm.
The effect that the size can be reduced to μm is obtained.
(3)上記(2)により、本発明のトレンチ型縦型パワ
ーMOSFETは、セルサイズを10μmと小さくできることか
ら、オン抵抗を2〜3mΩと小さくすることができるとい
う効果が得られる。(3) According to (2), the trench-type vertical power MOSFET of the present invention has an effect that the cell size can be reduced to 10 μm, and the on-resistance can be reduced to 2 to 3 mΩ.
(4)上記(2)により、本発明のトレンチ型縦型パワ
ーMOSFETは、セルサイズを小型にできることから、縦型
パワーMOSFETチップの小型化を達成することができると
いう効果が得られる。(4) According to the above (2), the trench-type vertical power MOSFET of the present invention has an effect that the size of the vertical power MOSFET chip can be reduced because the cell size can be reduced.
(5)上記(2)により、本発明のトレンチ型縦型パワ
ーMOSFETは、セルサイズを小型にできることから、縦型
パワーMOSFETの高集積度化を達成することができるとい
う効果が得られる。(5) Due to the above (2), the trench-type vertical power MOSFET of the present invention has an effect that the cell size can be reduced, so that the vertical power MOSFET can be highly integrated.
(6)本発明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、トレン
チにゲート酸化膜を設けた構造となっているが、トレン
チの底のゲート酸化膜、すなわち、絶縁膜の厚さは、実
効的にFET動作させるゲート酸化膜部分の厚さの4乃至
6倍となっていることから、仮にトレンチの底コーナー
部分の絶縁膜の質が悪くても、厚さで補填できるため、
所望の真性酸化膜耐圧を得ることができるという効果が
得られる。(6) Although the trench type vertical power MOSFET of the present invention has a structure in which a gate oxide film is provided in a trench, the thickness of the gate oxide film at the bottom of the trench, that is, the thickness of the insulating film is effectively equal to that of the FET. Since the thickness of the gate oxide film to be operated is 4 to 6 times the thickness, even if the quality of the insulating film at the bottom corner of the trench is poor, it can be compensated by the thickness.
An effect that a desired intrinsic oxide film breakdown voltage can be obtained can be obtained.
(7)上記(6)により、本発明のトレンチ型縦型パワ
ーMOSFETは、トレンチの底のゲート酸化膜の厚さが数千
Åと厚くなっていることと、底部の絶縁膜の端がバード
ビーク構造となっているため、コーナー部分の絶縁膜の
厚さが厚く、この結果、電界集中が緩和され耐圧の劣化
が起き難くなるという効果が得られる。(7) According to the above (6), in the trench type vertical power MOSFET of the present invention, the thickness of the gate oxide film at the bottom of the trench is as large as several thousand Å, and the edge of the insulating film at the bottom is a bird's beak. Due to the structure, the thickness of the insulating film at the corners is large, and as a result, the effect is obtained that the electric field concentration is eased and the breakdown voltage hardly deteriorates.
(8)上記(2)および(7)により、本発明のトレン
チ型縦型パワーMOSFETは、ゲート酸化膜の耐圧向上,電
界集中による耐圧向上により、全体として破壊耐量が向
上するという効果が得られる。(8) According to the above (2) and (7), the trench type vertical power MOSFET of the present invention has the effect of improving the breakdown resistance as a whole by improving the breakdown voltage of the gate oxide film and the breakdown voltage by the electric field concentration. .
(9)上記(1)〜(8)により、本発明によれば、静
電破壊耐量が高くかつオン抵抗の小さい小型の縦型パワ
ーMOSFETを提供することができるという相乗効果が得ら
れる。(9) According to the above (1) to (8), according to the present invention, a synergistic effect that a small-sized vertical power MOSFET having a high electrostatic breakdown strength and a small on-resistance can be provided is obtained.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、トレンチの
底の部分のゲート酸化膜(絶縁膜)の厚さを厚くする方
法としては、トレンチ11の底に直接酸素を打ち込む方法
でもよい。Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the invention. Nor. For example, as a method of increasing the thickness of the gate oxide film (insulating film) at the bottom of the trench, a method of implanting oxygen directly into the bottom of the trench 11 may be used.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるトレンチ型縦型パ
ワーMOSFETの製造技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、このようなトレン
チを利用した半導体装置、たとえば、トレンチキャパシ
タの製造等に適用できる。In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the manufacturing technology of the trench type vertical power MOSFET which is the application field as the background has been described, but the invention is not limited thereto. The present invention can be applied to the manufacture of a semiconductor device using a simple trench, for example, a trench capacitor.
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本発明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、チャネル形
成層の一部表面に設けられたソース領域の中央に前記ド
レインに達するトレンチが設けられ、かつこのトレンチ
にはゲート酸化膜を介在させてゲート電極が設けられた
構造となっていることから、セルを小型にすることがで
き、オン抵抗を小さくできるとともに、チップサイズの
小型化あるいは高集積度化が達成できる。また、本発明
のトレンチ型縦型パワーMOSFETにあっては、リーチスル
ー層が設けられていることから、ブレイクダウンは、こ
のリーチスルー層で行われるため、トレンチ底コーナー
で発生するブレイクダウンに比較して安定するため、ブ
レイクダウン電圧を保障することができる。また、本発
明のトレンチ型縦型パワーMOSFETは、トレンチ内壁に設
けられたゲート酸化膜の厚さがトレンチ側壁の厚さに比
較して4乃至6倍以上と厚くなっていることから、ゲー
ト酸化膜の膜質が必ずしも良好でなくとも、絶縁耐圧が
向上する。また、ゲート酸化膜の部分的な厚膜化によっ
てトレンチ底コーナー部分の電界集中が緩和され絶縁耐
圧が向上する。The trench type vertical power MOSFET of the present invention is provided with a trench reaching the drain at the center of a source region provided on a partial surface of a channel forming layer, and the trench is provided with a gate electrode with a gate oxide film interposed therebetween. , The size of the cell can be reduced, the on-resistance can be reduced, and the chip size can be reduced or the degree of integration can be increased. Further, in the trench type vertical power MOSFET of the present invention, since the reach-through layer is provided, the breakdown is performed in the reach-through layer. As a result, the breakdown voltage can be ensured. Further, in the trench type vertical power MOSFET of the present invention, the thickness of the gate oxide film provided on the inner wall of the trench is 4 to 6 times or more the thickness of the side wall of the trench. Even if the film quality is not necessarily good, the withstand voltage is improved. In addition, the partial thickening of the gate oxide film alleviates the electric field concentration at the corner of the bottom of the trench and improves the withstand voltage.
第1図は本発明の一実施例による縦型パワーMOSFETの一
部を示す斜視図、 第2図は同じく縦型パワーMOSFETの製造工程を示すフロ
ーチャート、 第3図は同じく縦型パワーMOSFETのセル部の製造におけ
るウエハの断面図、 第4図は同じくトレンチが設けられたウエハの断面図、 第5図は同じく二層に絶縁膜が設けられたウエハの断面
図、 第6図は同じく上層の絶縁膜が異方向エッチングされた
状態を示すウエハの断面図、 第7図は同じくLOCOS法によってトレンチ底の絶縁膜の
厚膜化した状態を示すウエハの断面図、 第8図は同じくトレンチの側壁の絶縁膜を除去した状態
を示すウエハの断面図、 第9図は同じくゲート酸化膜を形成した状態を示すウエ
ハの断面図、 第10図は同じくポリシリコン膜を形成した状態を示すウ
エハの断面図、 第11図は同じくゲート電極を形成した状態のウエハの断
面図、 第12図は同じくソース電極を形成した状態のウエハの断
面図、 第13図は従来の横型パワーMOSFETの要部を示す模式的断
面図、 第14図は本発明者の試みたトレンチ型縦型パワーMOSFET
のトレンチ底のブレイクダウンを説明する模式図であ
る。 1……セル、2……半導体基板、3……低濃度層、4…
…ウェル領域、5……ドレイン表層部、6……ソース領
域、7……ゲート酸化膜、8……ゲート電極、9……絶
縁膜、10……ソース電極、11……トレンチ、17……pn接
合、18……リーチスルー層、19……厚膜絶縁膜、20……
チャネル形成層、21……絶縁膜、22……ドレイン電極、
23……ウエハ、24……絶縁膜、25……SiO2膜、26……Si
3N4膜、27……ポリシリコン膜。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a vertical power MOSFET according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer provided with a trench, FIG. 5 is a cross-sectional view of a wafer also provided with an insulating film in two layers, and FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which an insulating film is etched in a different direction; FIG. 7 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which the insulating film at the bottom of the trench is similarly thickened by the LOCOS method; FIG. 9 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which a gate oxide film has been formed, and FIG. 10 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which a polysilicon film has also been formed. Fig. 11 FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer in which a gate electrode is formed, FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer in which a source electrode is formed, FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a conventional lateral power MOSFET, FIG. 14 shows a trench type vertical power MOSFET tried by the present inventor.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating breakdown at the bottom of the trench. 1 ... cell, 2 ... semiconductor substrate, 3 ... low concentration layer, 4 ...
... well region, 5 ... drain surface layer, 6 ... source region, 7 ... gate oxide film, 8 ... gate electrode, 9 ... insulating film, 10 ... source electrode, 11 ... trench, 17 ... pn junction, 18 ... reach-through layer, 19 ... thick insulating film, 20 ...
Channel forming layer, 21 ... insulating film, 22 ... drain electrode,
23 ... wafer, 24 ... insulating film, 25 ... SiO 2 film, 26 ... Si
3 N 4 film, 27 ...... polysilicon film.
Claims (2)
板主面に設けられた第1導電型からなる低濃度層と、こ
の低濃度層の上面に設けられた第2導電型のチャネル形
成層と、前記チャネル形成層表面に部分的に設けられた
第1導電型からなるソース領域と、前記ソース領域の中
央部に設けられかつ前記チャネル形成層を貫いて前記第
1導電型からなる低濃度層に達する溝と、前記溝の内壁
面を被うゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上に設けら
れたゲート電極とからなる縦型パワーMOSFETを有する半
導体装置であって、前記溝と溝との間の半導体基板と低
濃度層との間には、第1導電型からなりかつ半導体基板
の不純物濃度に近似した濃度からなるリーチスルー層が
設けられていることを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a low concentration layer of the first conductivity type provided on a main surface of the semiconductor substrate, and a channel of a second conductivity type provided on an upper surface of the low concentration layer. A formation layer, a source region of the first conductivity type provided partially on the surface of the channel formation layer, and a source region of the first conductivity type provided at the center of the source region and penetrating the channel formation layer A semiconductor device having a vertical power MOSFET including a groove reaching a low-concentration layer, a gate oxide film covering an inner wall surface of the groove, and a gate electrode provided on the gate oxide film. A semiconductor device, wherein a reach-through layer of the first conductivity type and having a concentration close to the impurity concentration of the semiconductor substrate is provided between the semiconductor substrate and the low concentration layer between the trenches; .
で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体装置。2. The method according to claim 1, wherein said groove is formed by a trench having a groove width of 1 μm or less.
13. The semiconductor device according to claim 1.
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-
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- 1988-01-27 JP JP63016485A patent/JP2644515B2/en not_active Expired - Lifetime
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